Характеристика солода и мелассы
Министерство
образования Республики Беларусь
Учреждение
образования
МОГИЛЕВСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ
Кафедра
технологии пищевых производств
КОНТРОЛЬНАЯ
РАБОТА
по
предмету
«Общая
технология бродильных производств»
Характеристика
солода и мелассы
Студентки
3курса
Группы
ЭППЗ-101
Александрович
Юлии Владимировны
Шифр
1110717
Вариант
17
Могилев 2012
1.
Характеристика солода и его назначение в различных бродильных производствах
Солод - хлебный злак (ячмень, пшеница, рожь), который
специально проращивают и высушивают в процессе соложения. Солод - основное
сырьё для производства пива, классической русской водки или виски.
Солод изготавливают из пророщенного и затем
высушенного при определенных условиях ячменя. Наиболее важными требованиями к
ячменю, используемому для солодоращения, являются хорошая прорастаемость зерна
(90-95 %), достаточная крупность и выравненность, невысокая пленчатость (не
более 10 % массы зерна), умеренное содержание белка (не ниже 8 и не более 12 %)
и высокое содержание крахмала (до 65 %). От качества и состава ячменя в
значительной степени зависят потребительские достоинства и устойчивость пива
при хранении.
При сушке солода предусматривается снижение
влажности и придание солоду специфического вкуса, цвета и аромата. Ростки,
придающие пиву неприятный вкус, при сушке становятся хрупкими и легко
удаляются. Часть высокомолекулярных белков при сушке свертывается, что в
дальнейшем облегчает процесс осветления сусла и пива. Сушка происходит в
специальных аппаратах - солодосушилках.
Разновидность ячменя, режимы сушки солода
(продолжительность проращивания и температура) влияет на вкус пива.
Солод бывает обычным пивоваренным и
высокоферментированным, предназначенным для приготовления зернового сусла для
последующей дистилляции.
Пивоваренного солода в мире производится
огромное количество, основные поставщики: Финляндия, Бельгия, Германия, Россия.
Солод бывает ячменным, ржаным и пшеничным - это
базовые сорта. Каждый из этих базовых сортов может быть жаренным, копченным и
даже шоколадным - это специальные виды солода. Они применяются в качестве
добавок к базовым сортам (от 5-30%) для придания конечному напитку определенной
органолептики, цвета или плотности.
Высокоферментированный солод изготавливается из
весеннего ячменя. В процессе его производства применяют специальную технологию,
позволяющую максимально сохранить ферменты, влияющие на осахаривание крахмала
при его варке.
Этот солод применяют в качестве добавки при
приготовлении сусла из солода или крахмалосодержащих продуктов (10% - 30% от
общего количества крахмального сырья) для достижения высокой плотности (до 25%)
конечного сусла.
По способу приготовления различают следующие
типы ячменного солода: светлый, темный, карамельный и жженый.
В зависимости от качества светлый солод делят на
три класса: высокого качества, первый и второй. По качеству карамельный солод
делят на два класса: первый и второй.
Темный, карамельный и жженый солод иногда
называют специальным солодом, который используется для приготовления темных сортов
пива. Эти виды солода определяют характерный рубиновый цвет, приятный
ячменно-солодовый вкус и аромат пива.
Жженый солод используется для придания пиву
определенного более или менее темного цвета. У темного пива невозможно добиться
желаемого цвета с помощью только темного солода, и к нему добавляют жженый
солод (1-2 %). Для получения его используют увлажненный светлый сухой солод
нормального качества, который осторожно нагревают до температуры 200-220 °С при
постоянном вращении цилиндрического обжарочного барабана. Ниже температуры 160
°С крахмал солода почти не изменяется, и лишь при 200 °С происходит сначала
сильное меланоидинообразование, а затем образование горьких вкусовых веществ,
придающих привкус «подгорелости», количество которых можно удерживать в узких
границах.
Привкусы «подгорелости» и горечи, возникающие
при обжарке жженого солода, частично улетучиваются с водяным паром, поэтому
жженый солод обжаривают в вакуумных барабанах или по достижении наивысшей
температуры незадолго до окончания обжаривания подают в устройство несколько
дм3 воды, тем самым способствуя улетучиванию этих веществ. При изготовлении
жженого солода ферменты полностью уничтожаются. Эндосперм жженого солода должен
быть гомогенным, рыхлым и темным (кофейного цвета без блеска), а цветочная
оболочка - глянцевой.
Относительно недавно начали получать жженый
солод из голозерного ячменя, что позволяет добиться устранения негативного
влияния горьких веществ цветочной и семенной оболочки. Более известен
обрушенный жженый солод, который представляет собой особый продукт: у
высушенного солода перед загрузкой обжарочного барабана удаляют большую часть
оболочек, включая семенную, и в нем содержится меньше веществ с пригорелым
ароматом. Более дешевый пшеничный жженый солод в Германии разрешается применять
только для производства пива верхового брожения.
Цветность жженого солода составляет, в
зависимости от способа получения солода, 1300-1600 ед. ЕВС. Выход экстракта -
до 60-65 % в пересчете на СВ. В этой связи необходимо упомянуть специальное
«красящее пиво (Farbebier), применяющееся в качестве заменителя специального
солода. «Красящее пиво» - это очень темное пиво, приготовленное на 60 % из
светлого и на 40 % из жженого солода с высоким содержанием CB в готовом сусле.
Как пиво оно совершенно не пригодно к употреблению и предлагается в качестве
красящего компонента с цветностью около 8000 ед. ЕВС.
Карамельный - это вид солода, широко
используемый в производстве темного пива. Кроме сушки он проходит и термическую
обработку, в результате которой образуются ароматические и красящие вещества,
определяющие специфический вкус, аромат и цвет темного пива.
Карамельный солод используют для формирования
различной интенсивности цвета пива, придания ему не только большей полноты, но
и более или менее подчеркнутого «солодового» характера. В этих целях к
загружаемому солоду для приготовления пива светлых сортов добавляют 3-5 %
светлого карамельного солода, а при приготовлении темного пива - до 10%
светлого или темного карамельного солода.
Карамельный солод изготавливают из сухого
солода, который благодаря замачиванию приобретает влажность до 40-44 %. В конце
обычного проращивания температуру зерна поднимают до 40-45 °С отключением
вентиляции так, чтобы в течение 12-18 ч достичь интенсивного расщепления клеточных
стенок белковых молекул и крахмальных зерен.
Этот процесс затем продолжается в обжарочном
барабане при температуре 60-75 °С; при этом происходит разжижение и
осахаривание крахмала во всем зерне; кроме того, наблюдается обильное
образование растворимого азота, повышается кислотность. В конце проводят
нагревание до температуры 150-180 °С с одновременным отведением водяного пара,
в результате чего формируются характерные для карамелизации сахаристые
вещества. В зависимости от интенсивности процесса обжаривания карамельный солод
характеризуется различной цветностью - у светлого карамельного солода 20-50, у
темного - 100-140 ед. ЕВС. Содержание безводного экстракта в таком солоде
составляет 73-78 %. Для более эффективного использования обжарочного аппарата в
последний день проращивания свежепроросший солод нагревают до 40-50 °С с
отключением вентиляции.
Это приводит к образованию низкомолекулярных
продуктов расщепления, при этом происходит разжижение и осахаривание крахмала
во всем зерне. Выход водорастворимого экстракта возрастает, даже если он и не
достигает величины, характерной для превращений при затирании. Это можно
отнести на счет других соотношений концентраций экстракт : вода (от 1 :0,6 до 1
: 2,5-4) при затирании. При хорошей подготовке в солодорастильном аппарате для
этого требуется 60-90 мин. Очень светлый карамельный солод цветностью 3,5-6 ед.
EBC в обжарочном аппарате доводят до разжижения зерен в течение 45 мин при
температуре 60-80 0C, а затем подсушивают при температуре 55-60 °С.
По органолептическим показателям светлый и
темный солод должен соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.
Таблица 1 - Органолептические показатели солода
Наименование
показателя
|
Характеристики
светлого и темного солода
|
Внешний
вид
|
Однородная
зерновая масса, не содержащая плесневелых зерен и зерновых вредителей
|
Цвет
|
От
светло желтого до желтого. Не допускаются тона зеленоватые и темные,
обусловленные плесенью
|
Запах
|
Солодовый,
более концентрированный у темного солода. Не допускаются кислый, запах
плесени и другое.
|
Вкус
|
Солодовый,
сладковатый. Не допускается посторонний привкус
|
По физико-химическим показателям светлый и
темный солод должен соответствовать требованиям, указанным в таблице 2.
Таблица 2 - Физико-химические показатели солода
Наименование
показателя
|
Норма
для типов солода
|
|
Светлого
|
Темного
|
|
Высокого
качества
|
I
класса
|
II
класса
|
|
Проход
через сито (2,2x20) мм, %, не более
|
3,0
|
5,0
|
8,0
|
8,0
|
Массовая
доля сорной примеси, %, не более
|
Не
допускается
|
0,3
|
0,5
|
0,3
|
Количество
зерен, % мучнистых, не менее
|
85,0
|
80,0
|
80,0
|
90,0
|
-
стекловидных, не более - темных, не более
|
3,0
Не допускается
|
5,0
Не допускается
|
10,0
4,0
|
5,0
10,0
|
Массовая
доля влаги (влажность), %, не более
|
4,5
|
5,0
|
6,0
|
5,0
|
Массовая
доля экстракта в сухом веществе солода тонкого помола, %, не менее
|
79,0
|
78,0
|
76,0
|
74,0
|
Разница
массовых долей экстрактов в сухом веществе солода тонкого и грубого помолов,
%
|
Не
более 1,5
|
1,6-2,5
|
Не
более 4,0
|
-
|
Массовая
доля белковых веществ в сухом веществе солода, %, не более
|
11,5
|
11,5
|
12,0
|
-
|
Отношение
массовой доли растворимого белка к массовой доле белковых веществ в сухом
веществе солода (число Кольбаха), %
|
39-41
|
-
|
-
|
-
|
Продолжительность
осахаривания, мин, не более
|
15
|
20
|
25
|
-
|
Лабораторное
сусло Цвет, см3 раствора йода концентрацией 0,1 моль/дм3 на 100 см3 воды, не
более
|
0,18
|
0,20
|
0,40
|
0,50-1,30
|
Кислотность,
см3 раствора гидроокиси натрия концентрацией 1 моль/дм3 на 100 см3 сусла
|
0,9-1,1
|
0,9-1,2
|
0,9-1,3
|
-
|
Прозрачность
(визуально)
|
Прозрачное
|
Прозрачное
|
Допускается
небольшая опалесценция
|
-
|
По органолептическим показателям карамельный и
жженый солод должен соответствовать требованиям, указанным в таблице 3.
Таблица 3 - Органолептические показатели солод
Наименование
показателя
|
Характеристика
солода
|
|
Карамельного
|
Жженого
|
Внешний
вид
|
Однородная
зерновая масса, не содержащая плесневелых зерен и зерновых вредителей
|
Цвет
|
От
светло-желтого до буро-ватого с глянцевым отливом
|
Темно-коричневый.
Не допускается черный
|
Запах
(как самого солода, так холодной и горячей вытяжек)
|
Солодовый.
Не допускаются: пригорелый, затхлый и плесневелый
|
Напоминающий
запах кофе. Не допускается пригорелый
|
Вкус
(как самого солода, так холодной и горячей вытяжек)
|
Сладковатый.
Не допускаются горький и пригорелый
|
Кофейный.
Не допускаются пригорелый и горький
|
Вид
зерна на срезе
|
Спекшаяся
коричневая масса. Не допускается обуглившаяся масса
|
Темно-коричневая
масса. Не допускается черная масса
|
|
|
|
|
По физико-химическим показателям карамельный и
жженый солод должен удовлетворять требованиям, указанным в таблице 4.
Таблица 4 - Физико-химические показатели солода
Норма
для типов солода
|
Наименование
показателя
|
|
Карамельного
|
Жженого
|
|
Iкласса
|
II
клacca
|
|
Массовая
доля влаги (влажность), %, не более
|
6,0
|
6,0
|
6,0
|
Массовая
доля экстракта в сухом веществе солода, %, не менее
|
75,0
|
70,0
|
70,0
|
Количество
карамельных зерен, %, не менее
|
93,0
|
25,0
|
-
|
Массовая
доля сорной примеси, %, не более
|
0,5
|
0,5
|
0,5
|
Цвет
(величина Линтнера - Лн), не менее
|
20,0
|
20,0
|
100,0
|
Основные сортовые особенности пива (цвет, вкус,
запах, аромат) во многом зависят от качества солода и соотношения его видов в
рецептуре.
Важнейшим показателем качества солода является,
естественно, его поведение в процессе затирания и способность максимально
расщеплять содержащиеся вещества. Солод оценивают тем выше, чем больше у него
экстрактивности. При этом хорошую оценку дают при достаточном растворении
солода.
Важным показателем, характеризующим качество
солода, является осахаривающая способность. Этот показатель выражается временем
в минутах, которое требуется для полного осахаривания затора при 70 °С, считая
с момента достижения этой температуры. При этом под осахариванием, по-видимому,
понимается способность ферментов дробленых зерен ячменя расщеплять содержащийся
в тех же зернах крахмал. Продолжительность осахаривания не должна превышать 25
мин.
Если продолжительность осахаривания солода
значительно больше, то определяют другой показатель его качества -
амилолитическую активность. Она характеризуется количеством грамм мальтозы,
образовавшейся из растворимого крахмала под действием 100 г солода в течение 30
мин при 20 °С и рН 4,3.
Назначение солода в различных бродильных
производствах имеет определенную направленность, если в технологии пива
ячменный солод - это основное сырье, то в технологии получения спирта солод
различных злаков (овсяный, просяной, ячменный, пшеничный, ржаной) является
ферментативной добавкой для каталитического расщепления высокомолекулярного
основного сырья., технология получения кваса в зависимости от способа получения
ржаной солод, ячменный солод, тритекалевый солод может выступить как основное
сырье как и в виде ферментативной добавки. Ржаной солод используется для
получения квасного сусла по настойному способу, особенностью получения является
операция томления, т.е. после проращивания свежепроросший солод увлажняют до
влажности 45−47 % (50%) и осуществляется операция томления или
ферментация. Увлажненный солод собирают в высокие кучи, высотой не менее 1 м, в
результате чего внутри слоя зерна температура повышается до 50 ºС
за счет самосогревания, дыхания и ряда биохимических процессов. В результате
осуществляются глубокие гидролизы белков, углеводов, некрахмалистых веществ с
получением конечных продуктов гидролиза, которые имеются при данных условиях
вступления в реакции меланоидинообразования с образованием окрашенных продуктов
с характерным вкусом и ароматом.
Для спиртового производства используется в
качестве ферментативной добавки свежепроросший солод.
Солод можно получать из любого зернового сырья
выращиваемого на РБ однако каждый злак содержит определенный набор присутствия
в нем ферментных систем.
. Меласса. Классификация меласс. Их
биохимические, микробиологические и технологические характеристики
Меласса (фр. mélasse) -
кормовая
патока, побочный продукт сахарного производства; сиропообразная жидкость
тёмно-бурого цвета со специфическим запахом.
Мелассой называют последний маточный раствор
(оттек), получаемый при отделении кристаллов сахарозы на центрифугах.
В мелассе содержатся несахара сока сахарной
свеклы или сахарного тростника, не удаляемые при его химической очистке, и
сахароза, которую классическим методом кристаллизации выделять уже невыгодно.
Меласса представляет собой густую, вязкую
жидкость темно-коричневого цвета со специфическим запахом карамели и
меланоидинов. Для спиртового производства меласса является лучшим сырьем.
Ценность ее заключается в том, что наряду с высоким содержанием сахара в ней
находятся все вещества. необходимые для нормальной жизнедеятельности дрожжей.
При переработке мелассы упрощается технологическая схема, так как отпадают
операции по развариванию сырья и осахариванию крахмала. В мелассном сусле
отсутствуют декстрины и неосахаренный крахмал, поэтому сусло быстрее
сбраживается, уменьшаются потери сбраживаемых углеводов и увеличивается выход
спирта в пересчете на условный крахмал.
В зависимости от вида сырья, при переработке
которого на сахарных заводах получена меласса, а также от характера сахарного
производства различают следующие виды меласс:
Свеклосахарная - полученная при переработке
сахарной свеклы;
Тростниковая (черная) - полученная при
переработке сахара из сахарного тростника;
Тростниково-сахарная - полученная при очистке
тростникового сахара-сырца на белый сахар;
Рафинадная - полученная при производстве
сахара-рафинада.
Химический состав мелассы.
Химический состав мелассы зависит главным
образом от сорта и качества сахарной свеклы, почвенно-климатических условий ее
произрастания. На физико-химические и технологические показатели мелассы влияют
методы ведения производства на сахарных заводах, а также продолжительность
сезона сахароварения (таблица Химический состав и технологические показатели
качества свеклосахарной мелассы).
Меласа содержит 75-85 % сухих веществ, из
которых около 54-63% (по весу сухих веществ) сахарозы, 14,8% азотистых веществ,
16,7% безазотистых веществ (кроме сахара) органических веществ и 8,5% золы.
При содержании около 20% воды меласса в среднем
содержит 50% сахара и 30% несахаристых веществ, которые в свою очередь можно
разделить на неорганические, главным образом соли калия 10%, и органические
20%.
Кроме сахарозы, нормальная меласса содержит в
небольшом количестве (до 0,25%) инвертный сахар, а также раффинозу (до 2 %).
Цветность мелассы в ед. Штаммера от 327 до 1300.
Таблица 5. Химический состав и технологические
показатели качества свеклосахарной мелассы
Показатель
|
Меласса,
поступившая на спиртовые заводы
|
|
в
первом полугодии
|
во
втором полугодии
|
|
Мини
мум
|
Макси
мум
|
Среднее
значение
|
Мини
мум
|
Макси
мум
|
Среднее
значение
|
Сухие
вещества (по рефрактометру), %
|
67,1
|
84,7
|
78,0
|
78,9
|
84,0
|
80,2
|
рН
|
6,3
|
8,2
|
-
|
6,5
|
9,5
|
-
|
Щелочность,
град
|
0,2
|
10,0
|
2,4
|
0,5
|
5,0
|
2,3
|
Кислотность,
град
|
0,3
|
3,6
|
1,6
|
0,5
|
2,5
|
-
|
Коллоиды
(воднорастворимые), %
|
2,8
|
6,2
|
4,3
|
2,4
|
4,8
|
3,2
|
Азот,
%:
|
|
|
|
|
|
|
общий:
|
0,76
|
1,73
|
1,22
|
1,56
|
2,06
|
1,73
|
формольный
|
0,12
|
0,28
|
0,21
|
0,25
|
0,45
|
0,34
|
нерастворимый
|
0,06
|
0,13
|
0,09
|
0,13
|
0,25
|
0,18
|
Фосфор
(Р2О5), %
|
0,023
|
0,031
|
0,027
|
0,039
|
0,055
|
0,044
|
Сернистый
ангидрид (S02), %
|
0,009
|
0,157
|
0,059
|
0,012
|
0,1
|
0,025
|
Соли
кальция (СаО), %
|
|
|
|
|
|
|
общее
содержание
|
0,53
|
2,26
|
1,11
|
0,17
|
1,92
|
0,53
|
выпавшие
в осадок
|
0,00
|
0,33
|
|
0,00
|
0,06
|
-
|
Сахар,
%:
|
|
|
|
|
|
|
по
прямой поляризации
|
39,3
|
56.6
|
48,2
|
47,8
|
54,5
|
49,9
|
инвертный
|
0,15
|
2,61
|
1,15
|
0,12
|
1,62
|
0,42
|
раффиноза
|
0,43
|
1,84
|
1,00
|
0,56
|
1,38
|
0,89
|
Пентозаны,
%
|
0,26
|
0,50
|
0,33
|
0,25
|
0,40
|
0,30
|
Количество
меласс, в которых обнаружена раффиноза, %
|
-
|
-
|
30
|
-
|
-
|
13,5
|
Доброкачественность,
%
|
56,2
|
71,8
|
62,5
|
68,8
|
69,9
|
64,0
|
Зола
(сульфатная), %
|
8,2
|
12,4
|
10,0
|
10,4
|
12,9
|
10,2
|
Летучие
кислоты, %
|
уксусная
|
0,72
|
1,27
|
0,99
|
0,66
|
1,11
|
0,79
|
муравьиная
|
0,11
|
1,23
|
0,05
|
0,45
|
0,21
|
пропионовая
|
0,02
|
0,11
|
0,05
|
-
|
-
|
-
|
Инфицированность
(по нарастанию кислотности в процессе самоброжения за 24 ч), °Д
|
0,20
|
1,02
|
0,58
|
0,10
|
0,52
|
0,30
|
Несброженный
сахар бражки, % к введенному
|
2,20
|
5,10
|
3,67
|
1,15
|
2,90
|
2,20
|
Выход
спирта, дал/т условного крахмала
|
61,97
|
66,10
|
64,20
|
65,64
|
67,70
|
66,65
|
солод
бродильный меласса
В состав углеводов мелассы, кроме сахарозы и
инвертного сахара, входят также трисахариды - раффиноза (0,01 - 2%) и кестоза
(в незначительном количестве). Раффиноза состоит из одной молекулы сахарозы и
одной молекулы галактозы. При действии инвертазы дрожжей или при слабом
кислотном гидролизе раффиноза частично разлагается с образованием мелибиозы и
фруктозы. Последняя сбраживается спиртовыми дрожжами. Кестоза состоит из двух
молекул фруктозы и одной молекулы глюкозы, на спирт она не сбраживается.
Несахара мелассы (все соединения, кроме
сахарозы) делятся на неорганические (10%) и органические (20%). Органические
несахара подразделяются на безазотистые и азотсодержащие. Безазотистыенесахара
составляют углеводы (инвертный сахар, раффиноза и кестоза) и органические
кислоты, среди которых уксусная, муравьиная, масляная, молочная, щавелевая,
пропионовая, валериановая.
Общий азот нормальной мелассы состоит из
следующих видов, %:
· Белковый - 3,0
· Пептонный - 1,9
· Аминокислотный - 8,2
· Нитратный - 2,0
· Бетаинный - 73,9
С увеличением срока хранения сахарной свеклы
уменьшается содержание общего и формольно-титруемого азота мелассы (табл. 5), а
также аминокислот.
Содержание микроэлементов в мелассах
Таблица 6. Содержание микроэлементов в мелассах
Микроэлемент
|
Содержание
мелассы, мг/кг
|
Микроэлемент
|
Содержание
мелассы, мг/кг
|
Никель
|
1,6-7,6
|
Магний
|
568,2-864,0
|
Кобальт
|
1,0-7,6
|
Железо
|
82,6-265,8
|
Фтор
|
2,1-7,0
|
Марганец
|
13,9-
75,8
|
Молибден
|
1,0-1,2
|
Медь
|
10,5-
69,1
|
Свинец
|
2,1-6,1
|
Стронций
|
46,5-594,0
|
Олово
|
1,0-4,1
|
Кремний
|
66,0-547,4
|
Алюминий
|
93,0-600,9
|
|
|
Количество сахара к сухим веществам
(доброкачественность) меласс в значительной степени зависит от условий
произрастания свеклы и изменений ее состава при хранении.
Так при переработке свеклы, выросшей в сухие
годы, получают мелассы более низкой доброкачественности, с большим органическим
коэффициентом и с большим содержанием азотистого несахара при относительно
меньшем содержании золы и большом содержании извести. Реакция меласс при
длительном их хранении большей частью кислая.
При переработке свеклы, выросшей при избытке
влаги и недостатке тепла, получают мелассы более высокой доброкачественности, с
меньшим органическим коэффициентом и с меньшим содержанием азотистого несахара
при относительно большом содержании золы и малом содержании извести. Реакция
таких меласс большей частью щелочная.
По мере повышения доброкачественности меласс
содержание азота в них падает. Содержание азота в меласах зависит исключительно
от содержания вредного азота в свекле. При хранении свеклы с пониженным
содержанием сахара и накоплением новых несахаров вследствие разложения части
сахара в свекле, которое при хранении свеклы может возрастать в 2-3 раза.
Содержание инвертированного сахара в мелассах зависит, таком образом, в
основном от качества перерабатываемой свеклы.
По данным Центрального Института Свеклы,
вязкозтьмеласы высокой доброкачественности лежит в пределах 4000-5000 спз. При
переработке свеклы пониженного качества меласса получается низкой
доброкачественности и отличается большим содержанием кальциевых солей и меньшим
содержанием щелолчных окислов и азота; вязкость ее вдвое и втрое выше
нормальной.
Из азотистых органических веществ в мелассе
содержится главным образом бетаин, аспаргиновая и глютаминовая кислота. Из
общего количества азота в мелассе (около 1,5% по ее весу) примерно 2/3
приходится на бетаин.
Глютаминовая кислота находится в мелассе в форме
полиамида глютаина. При отщеплении аммиака от глютаминовой кислоты образуется
пирролидонкарбоновая кислота, которая под действием кислот и щелочей снова
превращается в глютаминовую кислоту; ее количество составляет около 2,7% от
общего количества аминокислот.
В составе безазотистых органических веществ П.М.
Силин отмечает пектиновые вещества и продукты их распада, составляющие примерно
3% к весу мелассы. К этой группе относятся красящие вещества (карамели и
мелоидины) и продукты распада инвертного сахара - молочная, глюциновая и
апоглюциновая кислоты. Количество этих продуктов составляет около 2,5% от веса
сухих веществ мелассы.
В этой группе также установлено содержание
муравьиной (0,2-0,4%), уксусной (0,5-1,0%), масляной (0-0,7%) и пропионовой
(0,3%) кислот.
По химическому составу и по качеству (степени
инфицирования) различаю мелассы нормальные и дефектные.
Нормальные мелассы характеризуются невысокой
щелочностью (2-6 мл н.кислоты на 100 мл мелассы), отсутствием нитритов и
незначительным содержанием сернистого ангидрида (не более 0,03%), количеством
сахара 45-50% (в том числе инвертного не более 0,25%). Общее количество
микроорганизмов невелико - 2000 клеток в 1 г без заметного преобладания
отдельных видов.
Инфицированные мелассы.
Меласса часто инфицирована различной
микрофлорой. В ней обнаружены следующие основные бактерии - наиболее опасные
вредители спиртового брожения:
· спороносные - Вас. subtillis, Вас.
mesentericus, Вас. megatherium, Вас. globigil, Bac. mesentericusflavus;
· неспороноспые -
Leuconostocmesenteroies, Leuconostocagglutiaaum
Первые три спороносных представителя микрофлоры
мелассы являют нитрообразующими бактериями. Они редуцируют нитраты в нитриты
меласс ничтожные количества которых задерживают размножение дрожже.
Таблица 7. Действие нитритов на дрожжи в
зависимости от их концентрации
Концентрация
нитритов в мелассном сусле, %
|
Действие
нитритов на дрожжи
|
0,0005
|
Задержка
нормального почкования дрожжей
|
0,004
|
Размножение
дрожжевых клеток уменьшается на 40-50%
|
0,02
|
Почти
полностью подавляется способность дрожжей к размножению
|
Дефектные мелассы.
Дефектная меласса, в отличие от нормальной,
плохо сбраживается, оставляет большой процент несброженного сахара, дает
пониженный выход спирта и дрожжей.
Дефектные мелассы поступают на спиртовые заводы
обычно после декабря. По своему химическому составу они характеризуются кислой
реакцией (рН = 5,84-6,6), меньшей плотностью (67-78% СВ), повышенной цветностью
(12- 44% по отношению к светопропусканию воды), большим содержанием коллоидов
(2,8-6,2%), наличием солей кальция (0,83-2,2%) и сернистой кислоты (0,05-0,15%),
повышенным содержанием инвертного сахара (до 2% и больше), раффинозы (>1%) и
органических летучих кислот (>1%). В то же время дефектные мелассы содержат
меньшее количество общего азота (1,3% и ниже), формольного (0,25% и ниже), а
также фосфора (<0,03%) по сравнению с мелассами, нормальными по качеству.
К дефектным мелассам относятся мелассы со
следующими качественными показателями:
· Плотность по рефрактометру, % СВ
...... <75
· Цветность по (ФЭК), % к
светопропусканию воды . . . <40
· РН < 6,8
· Азот общий, % ................ 1,3
· Инвертный сахар, %...............
0.5
· Инфицированность по нарастанию
кислотности в пробе на самоброжение через 24 ч, °Д ...........> 0,3
Потери мелассы при транспортировании и хранении.
При транспортировании мелассы установлены
определенные предельно допустимые нормы потерь в ж/д транспорте равные 0,72 % к
весу мелассы в зимний и летний периоды.
Меласса хранится на сахарных заводах, а затем на
заводах-потребителях: дрожжевых, спиртовых, лимонной кислоты в специальных
мелассохранилищах до 5-8 месяцев.
В процессе длительного хранения химический и
микробиологический состав мелассы меняется, в результате чего теряется сахароза
и инфицированная меласса становится дефектной. Такая меласса становится
основным источником развития бактериальной инфекции в бродильных производствах.
Как установлено, бактериальная микрофлора
мелассы представлена тремя группами бактерий: кислотообразующими, гнилостными и
пектинообразующими.
Исследования мелассы в процессе хранения
выявили, что потери сахарозы обусловлены действиями микроорганизмов и зависят
от плотности мелассы. При плотности мелассы в 75-80 грБр микрофлора в ней не
развивается и потери сахара незначительны; они ежемесячно находятся в пределах
0,04 - 0,22 % в пересчете на вес мелассы, содержащей сахара около 46%.
В случае наличия этих микроорганизмов к
количестве около 50000 в 1 г ежемесячные потери сахара мелассы достигают 1,3% к
весу мелассы.
При разжижении мелассы до плотности 40 Бр
дрожжи, попавшие в мелассу из воздуха, активизируются и их жизнедеятельность
вызывает значительные потери сахара, которые достигают ежемесячно 2,5% к весу
мелассы.
Технологические схемы производства спирта из
мелассы
Как указывалось выше, меласса характеризуется
значительным содержанием несахаров. На 1 часть сбраживаемых веществ приходится
0,5 части несахаров. при высокой концентрации несахара проявляют себя как
ингибиторы роста спиртовых дрожжей, затрудняя их размножение и процесс
брожения. Поэтому в спиртовом производстве процесс брожения ведут и
разбавленными растворами мелассы.
При сбраживании мелассы на спирт отрицательное
влияние на дрожжи оказывает повышенное содержание в мелассе летучих кислот
(более 2%). В связи с этим для выявления степени дефектности мелассы
рекомендуется определять в ней, помимо плотности, кислотности и сахаристости,
также и содержание летучих кислот.
При переработке дефектных меласс необходимо
употреблять увеличенное количество сильных дрожжей.
Производство этилового спирта из мелассы в
настоящее время ведется в основном по непрерывному способу брожения.
Полунепрерывная схема пере работки мелассы на спирт сохранилась только на
некоторых спиртовых за водах.
Преимуществом непрерывного способа брожения в
сравнении с периодическим способом сбраживания является увеличение
производительности оборудования и труда рабочих, уменьшение расхода сырья воды,
пара, электроэнергии и других элементов себестоимости продукции. Не прерывные
процессы легко автоматизируются как по контролю, так и по регулированию
производства. Создаются условия для стабилизации и нормализации технологических
показателей, что приводит к увеличению выхода основной продукта процесса
брожения - этилового спирта.
Сбраживание мелассы на спирт по непрерывному
способу ведется по одно- или двухпоточной схеме брожения.
Однопоточная схема сбраживания мелассы.
По однопоточной схеме из всех подработанной
мелассы непрерывно готовится сусло с концентрацией сухих веществ 20-22% по
сахарометру в зависимости от доброкачественности мелассы. Кислотность сусла
должна быть 0,4-0,5°. Сусло непрерывно подается в один из дрожжегенераторов,
куда предварительно заданы маточные дрожжи из большого аппарата чистой
культуры. Количество маточных дрожжей должно быть 10-15% по полезной емкости
дрожжегенератора.
После заполнения первого дрожжегенератора на 90%
его емкости из него передают 50% дрожжей во второй дрожжегенератор и начинают
приток сусла в оба дрожжегенератора. Количество сусла, притекающее за 1 ч в
дрожжегенераторы, называемое в практике коэффициентом притока, должно
составлять 16-48% от их общей емкости. Концентрация сухих веществ в
дрожжегенераторах должна быть 14-15% по сахарометру, концентрация спирта
достигает 2,5-3,5% об.
В течение всего процесса дрожжегенерирования
массу непрерывно аэрируют с расходом воздуха 3,5-4,0 м3/ч на 1 м3 среды.
Емкость дрожжегенераторов составляет 20-25% от суммарной емкости
дрожжегенераторов и бродильных чанов, а в случае выработки хлебопекарных
дрожжей увеличивается до 25-30%. Продолжительность дрожжегенерирования равна
6-7 ч. На стадии дрожжегенерирования обычно сбраживается около 30% от всего
количества сахара, содержащегося в мелассе. Когда количество дрожжевых клеток в
дрожжегенераторах достигает 90-110 млн. в 1 мл, начинают переток массы из
дрожжегенераторов в первый (головной) чан бродильной батареи.
Сбраживание, переток бражки из чана в чан,
перемешивание осуществляют так же, как в бродильной батарее двухпоточной схемы.
Температура в бродильных чанах не должна превышать 32-33°С, а при получении
хлебопекарных дрожжей 31-32°С, в последних двух чанах батареи - 28-29°С.
Продолжительность брожения около 30 ч, а при получении хлебопекарных дрожжей -
24-27 ч, включая дрожжегенерирование.
Из последнего чана бродильной батареи зрелая
бражка поступает на перегонку. Отброд зрелой бражки 5,0-6,6% по сахарометру,
кислотность 0,4-0,5°, содержание спирта 8,0-8,5%об. и не более 0,3-0,4 г/100 мл
несброженного сахара.
Освобождение бродильных чанов для дезинфекции
осуществляется так же, как и при двухпоточной схеме сбраживания.
Однопоточная технологическая схема приведена на
рис. 1
Из 1 тонны мелассы (с содержанием сахара 50%)
выход спирта составляет 30 дал (абсолютного алкоголя).
Двупоточная схема сбраживания мелассы.
Для приготовления сусла мелассу рассиропливают в
двух параллельно действующих рассиропниках: в одном получают сусло для
дрожжегенерирования; во втором - основное сусло для питания бродильных чанов.
Для непрерывного ведения дрожжей устанавливают
4-5 дрожже-генераторов общей емкостью 20-25% емкости бродильной батареи,
которые соединены между собой трубопроводом спускным и работают параллельно.
Так как процесс дрожжегенерирования протекает 6-7 ч, т.е. более чем в два раза
быстрее, чем сбраживание в бродильной батарее, то количество дрожжевого и
основного сусла одинаковое (1:1).
Мелассу, предназначенную для дрожжевого сусла,
антисептируют и подкисляют до 3,5-4,0° с добавлением к ней питательных веществ,
предназначенных для всей мелассы. Кислотность дрожжевого сусла составляет
0,8-1,0°, которая поддерживается в дрожжегенера-торах. Отброд зрелых
дрожжей-5,5-6,0% по сахарометру, концентрация спирта в них - 3,0-3,5% об.,
количество дрожжевых клеток - 150-180 млн. в 1 см3. Расход воздуха на аэрацию
составляет 3,5-4,0 м3 на 1 м3 массы в 1 ч. Работу ведут непрерывно длительное
время, освобождая попеременно один из дрожжегенераторов для мойки и
дезинфекции.
Зрелые дрожжи из каждого дрожжегенератора
непрерывно отводят в головной чан бродильной батареи. В этот же чан непрерывно
подают основную рассиропку, которую готовят из необработанной мелассы. Количество
подаваемого сусла регулируют таким образом, чтобы в головном бродильном чане
концентрация бражки была 10-12% по сахарометру, а содержание спирта в ней
5,0-6,0% об. В этом чане поддерживается температура 29-30°С, в последующих -
30-31°C , а в последнем - 29°С.
Бродильные чаны соединяются в батарею таким
образом, чтобы бражка выходила из чана и поступала в следующий чан сверху по
переточной трубе. Таким образом постоянно заполняются все бродильные чаны
батареи на 90% общей емкости.
Во избежание осаждения дрожжей, а также с целью
интенсификации процесса брожения следует принудительно перемешивать бражку. Для
этого все бродильные чаны, кроме головного, оборудуются мешалками.
Кислотность бражки 0,4-0,5°. Нарастание
кислотности не допускается. Продолжительность брожения, включая
дрожжегенерирование, составляет 24-30 ч. Из последнего чана бродильной батареи
бражка поступает на перегонку. Содержание спирта в зрелой бражке 8,5-9,0% об.,
а несброженных сахаров 0,3-0,4 г/100см3. В процессе сбраживания мелассного сусла
образуется большое количество пены. Пена, образующаяся в дрожжегенераторах,
направляется в чаны-пеноловушки, где она гасится, а образовавшаяся жидкость
отводится в четвертый или пятый чан бродильной батареи.
Углекислый газ, выделяемый при брожении, из
дрожжегенераторов и бродильных чанов, отводится в пеноловушку, а из нее - в
спиртоловушку. Водно-спиртовая жидкость из спиртоловушек направляется в бражку,
идущую на перегонку.
Для периодической мойки и дезинфекции бродильные
чаны освобождают, перекачивая сбраживаемую массу в последующий чан, на который
переводится поток сусла. Освобожденный чан моют и стерилизуют пропариванием с
нагревом до 100°С с выдержкой при этой температуре 30 мин. После расхолодки в
чан направляют поток сусла и освобождают для дезинфекции очередной чан.
Во многих бродильных производствах (этилового
спирта, хлебопекарных дрожжей, молочной кислоты, лимонной кислоты) по окончании
брожения сброженный раствор специально обрабатывают для выделения полученного
продукта в чистом виде. Так, в спиртовом производстве спирт выделяют перегонкой
(ректификацией); молочную и лимонную кислоты выделяют из сброженных растворов
кристаллизацией. Хлебопекарные дрожжи выделяют под действием центробежных сил
на центрифугах, а затем на фильтрах. В других бродильных производствах (пива,
вина, браги, кваса) сброженный раствор является готовым продуктом. По окончании
брожения пиво разливают в бочки и бутылки, перед розливом его фильтруют.
Общая схема бродильных производств
Технологические процессы в бродильных
производствах могут осуществляться периодически или непрерывно. Периодический
процесс характеризуется тем, что параметры обрабатываемого продукта
(температура, давление, концентрация и др.), находящегося в аппарате, изменяются
в ходе процесса.
Непрерывный процесс происходит при непрерывном
продвижении продукта в аппарате, параметры обрабатываемого продукта
устанавливаются постоянными. Например, при периодическом процессе спиртовое
брожение производят в чанах (резервуарах), каждый из которых работает
самостоятельно. Чан заполняют суслом, добавляют дрожжи, происходит брожение,
сброженный раствор (бражку) спускают из бродильного чана, моют его и снова цикл
повторяется. При непрерывном брожении чаны соединяют переточными трубами в
батарею. В первый резервуар батареи (чан) непрерывно поступают сусло и дрожжи,
жидкость перетекает из одного резервуара в последующий, происходит брожение и
из последнего резервуара вытекает сброженный раствор. Сусло находится в
состоянии непрерывного движения, концентрация сухих веществ и спирта в каждом
резервуаре постоянная.
Непрерывные процессы являются более
эффективными, чем периодические. В настоящее время все крупные предприятия
используют в основном непрерывные технологические процессы.
В отличие от ряда других отраслей народного
хозяйства концентрация спиртового производства осуществляется в рамках
сложившегося размещения действующих заводов с ограниченной программой выработки
спирта и при наличии разных предприятий по установленной производственной
мощности. Спиртовое производство, основанное на переработке свеклосахарной
мелассы, меньше зависимо от локальных условий.
Список используемой литературы
1. Мальцев П.М. Технология
бродильных производств / П.М. Мальцев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:
Пищевая пром-сть, 1980
2. Фараджева Е.Д. Общая
технология бродильных производств / Е.Д. Фараджева, В.А. Федоров. - М.:
«Колос», 2002.
. Технология дрожжей. Плевако
Е.А.
4. <http://book.narod.ru/>
. http://www.sergey-osetrov.narod.ru/Raw_material/productions_alcohol_from_melases.htm